苯菲尔脱碳活化剂国产替代应用探讨

梁其奋，符 君

(海洋石油富岛有限公司，海南 东方 572600)

海洋石油富岛有限公司(以下简称富岛公司)是以天然气为原料生产合成氨、尿素的氮肥企业，目前生产能力为合成氨30万t/a，尿素52万t/a，一期合成氨装置脱碳采用苯菲尔工艺。2004年12月进行增产节能的大修改造，将脱碳溶液全部更换，并在配制新脱碳溶液过程中，加入新的活化剂ACT-1。苯菲尔溶液由27%～30%的K2CO3、0.3%～0.6% ACT-1、0.7%～1%的钒(以KVO3计)和水组成。装置现工况数据如下：进气为3.25 MPa、95℃、153 000 Nm3/h、CO2约为18.1%；贫液进吸收塔为70℃、125 m3/h、Fe约为39 mg/L；半贫液进吸收塔为110℃、1 070 m3/h、Fe约为39 mg/L；再生温度为126℃、冷凝水外排10 m3/h；净化气CO2为0.08%；再生气CO2为98.5%；贫液转化度为0.23；ACT-1年消耗为1～2 t 。

1 206新型活化剂的特性

苯菲尔热钾碱法脱碳工艺中，通过向脱碳溶液中加入少量的活化剂二乙醇胺(DEA)，使其对CO2的吸收起到强化作用。206新型活化剂与ACT-1的机理相同，能更进一歩提高传质速率，尤其是在吸收塔顶部CO2分压较低的情况下，改善效果更为显著。

1.1 优良的传质效果

与传统DEA对比，只要加入一定浓度的206新型活化剂，就会使吸收塔出口气体中的二氧化碳浓度降低60%左右，可使有效气损失减少，降低装置消耗。

1.2 改良气液平衡效果

对气液平衡特性的改进较为明显，其强化速率比DEA高，达到同样的吸收效果所需的溶液量相对较少，对降低脱碳系统的腐蚀、单位脱碳能耗等均有积极意义。

1.3 优良的化学稳定性

随着脱碳系统运行周期的延长，溶液中的DEA会逐渐降解，导致溶液中的杂质增多。为保证吸收效果，须不断补加DEA，但对钒的缓蚀作用产生不良影响。206新型活化剂化学稳定性优于DEA，降解速率较低。

2 206新型活化剂投用、控制过程

在脱碳溶液活化剂的换型中，不少企业的做法是将溶液全部更换，新溶液中活化剂不加DEA或ACT-1，而直接改加新型活化剂，此方案效果无疑是最好的。但脱碳溶液若全部更换有两个难点：一是废液存放与处理难度较大，二是溶液更换费用高。结合业内厂家使用经验，本方案为在停止ACT-1前提下，向现有脱碳溶液中加入206新型活化剂，视净化效果及系统工艺变化对比评价逐歩实现对原ACT-1的替代使用。富岛公司苯菲尔脱碳系统的溶液循环量、保有量情况见表1，苯菲尔脱碳系统的溶液成分控制情况见表2。

表1 苯菲尔脱碳系统的溶液循环量、保有量情况

表2 苯菲尔脱碳系统的溶液成分控制情况

3 206替代作业情况

为确保净化气达标，在未补充ACT-1情况下，将装置进气由95℃升至101℃，再生塔底温升至126.6℃，顶温105.7℃，虽然净化气CO2维持在0.08%，但系统水严重不平衡，形成大量冷凝水外排，外排水中ACT-1化验分析值为0.01%。为尽快恢复工艺指标，应快速恢复活化剂浓度控制，经测算、讨论，决定分3次添加206新型活化剂计300 kg。2021年9月1日开始206活化剂替换工作，具体替代作业内容如下：9月1日下午15∶00，加206活化剂 150 kg，浓度由0.51%提至0.53 %；9月3日下午15∶30，加206活化剂 100 kg，浓度由 0.53% 提至0.61%；9月6日，加206活化剂50kg，浓度由0.61%提至0.62%。

4 添加206前后系统脱碳运行数据的总结

2021年9月1日，开始添加206活化剂，运行数据见表3。

表3 2021年9月1日起添加206活化剂的运行数据

通过9月1日～6日3次补充江苏太湖新材料控股有限公司苯菲尔脱碳新型活化剂206合计300kg，装置运行工况数据发生以下变化。

(1) 江苏太湖新材料控股有限公司苯菲尔脱碳新型活化剂206含量99%，ACT-1的含量68%，因此补充206活化剂后，装置很快出现净化气中二氧化碳含量下降变化，而过去添加ACT-1后装置溶液活性改良时间较长。

(2) 因特殊原因装置停用ACT-1补充约1月，为确保净化气达标合格，在提高总钾的同时，不得不提高再生温度，如装置进气由95℃升至101℃，再生塔底温升至126.6℃，净化气CO2维持在0.1%～0.11%。但系统水严重不平衡，形成大量冷凝水外排，外排水中ACT-1化验分析值为0.01%。

(3) 鉴于206活化剂对系统循环碱活性改良效果，决定于9月3日开始逐步恢复总钾偏低控制(27～28)、进气由101℃降至95℃、适当降低再生温度前提下，净化气二氧化碳含量仍稳定在0.06%～0.08%范围达标稳定运行。

(4)适当降低贫液/半贫液流量，装置净化指标仍可达标稳定运行。

(5) 甲烷化床层温升平均约下降3～8℃，少耗循环氢。

从试用效果得出如下结论：江苏太湖新材料控股有限公司苯菲尔脱碳新型活化剂206替代ACT-1后，溶液活性有进一歩改良表现，对改良苯菲尔脱碳溶液活性效果明显。贫液流量下降2m2/h、半贫液流量降低约10m3/h，对装置节能降耗亦有积极影响。

虽然206活化试用时间短，后期仍需作进一步观察，以考察其稳定性。但目前的应用效果己经表明：206替代ACT-1效果良好。

特别需要说明能量：206日常补充仍遵照以往ACT-1添加习惯来替代添加：1桶/次折合206活化剂的量为：200kg×68%/99%=137.4kg，从破袋后存放等角度考虑，实际建议按3袋206活化剂/次量进行补充。

补加条件定为2个：①活化剂浓度内控值0.35%～0.6%，低于0.35%时添加，每次添加保证接近内控上限0.6%；②净化气中CO2超0.1%的辅助手段为提溶液活化剂浓度，以改良溶液吸收与末端净化效果。

在装置处于水平衡条件中，且最优化的冷凝液排放与溶剂合理正常损耗的前提下，装置进气温度、再生温度、溶液总钾与活化剂含量、贫液/半贫液循环量等系统工艺指标进行优化调整，以获得装置脱酸(酸性气CO2)最低热能耗与动力消耗。

5 结语

在富岛公司脱碳系统206新型活化剂中，对ACT-1的替代应用表明：206对改良苯菲尔溶液吸收效果、降低溶液对设备和管线的腐蚀、改善气体质量等更优异，减少了甲烷化氢气的消耗。控制吸收进气温度以降低“三气”温度差异，对脱碳单元水平衡控制及206新型活化剂补充量有重要影响。